文档介绍：浅析VR透镜与视场角
VRDreamworks 2016-06-20 收藏6 评论5
原始标题: 相信看过VR发布会,或者VR产品的朋友,都会看到厂商的ppt或者广告,会嘶声力竭的喊,自己的VR眼镜的视场角是多少,是多么的好!比如下图是某厂商的广告截图:
那么,厂商所得意的100度视场角,到底是几个意思?请容晓峰为您细细说来。
什么是视场角
视场角,英文Field Of View,简称FOV。根据两种应用情况,视场角有2种定义。
在光学仪器中,以光学仪器的镜头为顶点,以被测目标的物象可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角,称为视场角。如下图。 
视场角的大小决定了光学仪器的视野范围,视场角越大,视野就越大,光学倍率就越小。通俗地说,目标物体超过这个角就不会被收在镜头里。
2. 在显示系统中(比如电视),视场角就是显示器边缘与观察点(眼睛)连线的夹角。 
例如下图中,COD角就是水平视场角,AOC就是垂直视场角。
对VR来说,其定义应属于第一种。(虽然VR既有显示屏也有镜片)
也就是说,厂商宣布他的产品的视场角,指的是该VR眼镜的某一个镜片的视场角!换言之,视场角就是镜片的一个参数而已。 举个例子。比如下图,眼睛通过VR透镜去看一个人物,如果这个人物很高的话,那是看不全的,我们所能看到的最高和最低处的光线通过透镜折射进入眼睛,2个折射线的夹角,就是FOV。(即眼睛前的2根红线的夹角)
VR视场角FOV的大小测量
如上文所说,如果一个VR镜片做好了,那么其FOV就定了。那么,VR镜片的工程师,在实际工作中如何测量FOV呢? 在入瞳处用一束平行光照向透镜,测量显示屏上的光斑高度(屏放在焦点处),及光束与中心轴的角度,既测量出角度与像高关系(即畸变)也可以测出最大视场,平行光可以是由平行光管产生,也可以是激光束。
下图中,在入瞳处3个点射出3根平行光:如果是水平向右,则3根都聚焦到中心轴;慢慢向右上方射出,则3根都聚焦到屏幕上且焦点慢慢上移;慢慢上移,直到屏幕看不到焦点了,此时的平行光与中心轴的夹角α,
就是FOV的一半。即FOV = 2 *α
VR透镜的原理首先,先闲聊一下VR眼镜的结构:透镜+屏幕。
如果屏幕是直接嵌入在头盔的,并且不需要连接PC(此时头盔必然装有高性能的芯片+软件系统来运行VR内容,比如游戏),可称为VR一体机。比如大朋VR一体机。
如果屏幕直接嵌入头盔,但是要连接PC,VR内容(比如游戏)的运行都在PC,可称为VR头盔(分体机)。比如Oculus Rift, Microsoft Holo, HTC VIVE。
如果只有眼镜,没有屏幕,而是外接各种型号的手机作为屏幕,那可称为VR镜架。比如三星Gear VR,暴风魔镜。 下图是眼睛/屏幕/透镜的关系图, 由图可知视场角是α*2。
透镜其实就是放大镜,为何要放大?因为人有明视距离,太近的东西看不清楚。一般大于25cm的距离才能看清楚。想必你把手机直接放在你眼前5cm,你是看不清屏幕的东西吧。有人就要问了,那可以把手机放到25cm外呀?其实,那更不行了,25cm,意味着这个镜架的长度至少25cm了,这么大,戴到头上如何受得了! 既然是放大镜,那根据放大镜原理,屏幕必须放在焦距以内,才能放大。放大以后,人眼看到的虚像位置,符合
下面的公式:
根据